cpt铷原子频标频率变换电路设计及实现

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1、分类号密级公开UDC学校代码10497学位论文题目CPT铷原子频标频率变换电路的设计与实现英文DesignandImplementationofCPTrubidiumatomic题目frequencystandardfrequencyconversioncircuit研究生姓名方勇姓名陈永泰职称教授学位硕士指导教师单位名称信息工程学院邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称通信与信息系统论文提交日期2014年4月论文答辩日期2014年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席刘泉评阅人刘泉李庆2014年4月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的

2、研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、

3、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期II万方数据摘要[1]CPT原子频标是新一代原子频标，与传统原子频标相比，具有体积小、重量轻和功耗低的特点，因而被广泛应用于时间校准、测量、通信和导航引导、导弹控制、天文观测和电网调节等诸多领域。被动式CPT原子频标是利用原子间的能级跃迁后产生电磁诱导透明现象来实现锁定高精度与高稳定度的标准频率。本文研究工作主要是优化与改进了被动型CPT铷原子频标的伺服电路，与其它原子频标相比最大

4、特点是采用非整数晶体振荡器代替了常用的整数晶体振荡器（5MHZ或10MHz），在减少环路内部器件的使用情况下，将不便于实用的微波频率信号转变为较低整数标准频率输出，降低了噪声与其它外部干扰，优化精简了电路硬件结构易于小型化。论文首先回顾了传统原子频标的发展历史与研究进展，以及论述了新型CPT原子频标在国内外的研究概况与发展成果。通过构建数学模型对CPT共振现象进行定量分析，并讨论了被动式CPT原子频标的物理组成结构和工作原理，研究分析了主要参数指标，并设计了系统的整体方案，在此基础上引入伺服环路方程并对环路中的各个相关元器件的相位噪声进行分析，重点讨论了原子频标伺服环路中影响频率稳定度

5、的因素，得出了环路中影响被动式CPT铷原子频标短期稳定度因素的是压控振荡器，长期稳定度主要由量子系统、倍频器和伺服放大器决定。然后重点分析与设计了倍频器与DDS频率合成电路，倍频电路采用的是低倍频与高倍频相结合的链路，这种设计方法能够极大降低倍频电路中的噪声，提升了整个系统的工作性能；同时利用ADS软件仿真设计实现了倍频电路中的带通滤波器并优化了参数指标。在链路当中，其中一路经过倍频后送入阶跃恢复二极管产生3417MHz的微波信号，另一路倍频输出信号作为参考时钟源，输入到基于CPLD设计的DDS合成电路中，经过窄带滤波降噪处理后输出固定10MHz标准频率信号。经过实际测试，设计的链路相

6、关指标达到了期望要求。最后本文在研究设计的基础上，总结一些经验并结合这次研究工作提出了一些改进与优化的方法，本文提出的设计方案减少了环路部件使用，实现了高稳频标信号的输出，通过后续工作的不断完善争取样机的实用化。关键词：CPT原子频标；环路噪声；倍频电路；光电检测；DDS频率合成器I万方数据AbstractCPTatomicfrequencystandardisanewgenerationofatomicfrequencystandard.Comparedwiththetraditionalatomicfrequencystandard,ithastheadvantagesofsmal

7、lvolume,lightweightandlowpowerconsumption,soitiswidelyusedinmanyfields,forexample,timingpunctuality,communicationandnavigation,missilecontrol,geodesy,astronomicalobservationandgridregulation.PassiveCPTatomicfrequencystandard